Способ получения биосовместимого органо-неорганического композита на основе целлюлозы gluconacetobacter xylinus и гидроксиапатита

Изобретение относится к медицине, конкретно к области биотехнологических материалов медицинского и технического применения, и может найти использование прежде всего в качестве прекурсора костной ткани, косметики или при создании керамических изделий. Описан способ, который характеризуется тем, что получение нанокомпозита осуществляют в процессе биосинтеза нано-гель-пленки целлюлозы Gluconacetobacter xylinus с включением гидроксиапатита в питательную среду. Гидроксиапатит в форме пасты вводят в питательную среду при биосинтезе нано-гель-пленки целлюлозы Gluconacetobacter xylinus штаммом N 1629 CALU. Целлюлоза в образующихся нано-гель-пленках в композите химически связана с гидроксиапатитом. Нано-гель-пленки целлюлозы Gluconacetobacter xylinus имеют удовлетворительные механические характеристики в сухом состоянии и после суточного набухания в воде их можно использовать в качестве прекурсора костной ткани и в других областях медицины, а также в технике. 6 пр.

 

Способ относится к области биотехнологических материалов медицинского и технического применения и может найти использование прежде всего в качестве прекурсора костной ткани, косметики или при создании керамических изделий.

В настоящее время известны методы получения органо-неорганических композитов для медицины и технических применений, из которых наиболее близкими к предлагаемому изобретению являются следующие.

Известен способ получения композиционного материала на основе бактериальной целлюлозы и гидроксиапатита (ГАП) путем проведения синтеза ГАП в присутствии бактериальной целлюлозы [Хрипунов А.К., et al., Исследование нанокомпозитов на основе гидратированных фосфатов кальция и целлюлозы Acetobacter xylinum // Физика и химия стекла, 2008. Т. 34. N 2. С. 192-200].

К недостаткам указанного способа следует отнести отсутствие механических характеристик получаемого материала и данных по биосовместимости.

Известен также способ получения композиционного материала на основе предварительно дезинтегрированной бактериальной целлюлозы и пастообразного ГАП [Баклагина Ю.Г., et al., Взаимодействие между наноразмерными кристаллическими компонентами композита на основе целлюлозы Acetobacter xylinum и фосфатов кальция // Высокомол. соед. 2010. Т. 52 А. N 4. С. 615-627].

Изделия из указанного композита имеют существенный недостаток - низкие механические характеристики в увлажненном состоянии.

Известны нанокомпозиционные материалы на основе биоактивного ксерогеля гидроксиапатита (ГА) [Романов Д.П., et al., А.К. Формирование органо-неорганических композитных материалов медицинского назначения на основе целлюлозы Acetobacter xylinum и фосфатов кальция // Физика и химия стекла, 2010, т. 36, N 4, с. 604-615]. На основе ксерогеля ГА получены твердеющие кальций-фосфатные материалы, пленочные композиты полимер-ГА, ГА биопокрытия на эластичных волоконных носителях (целлюлоза, углерод) и металлических подложках.

Полученные материалы рассматриваются авторами как альтернатива пористой керамике в челюстно-лицевой хирургии и ортопедии. Но конкретные данные по характеристикам указанных материалов и их применению отсутствуют.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ получения биосовместимого прекурсора костной ткани (ПКТ) на основе целлюлозы Glucon-acetobacter xylinus (ЦGX) в качестве скаффолда и гидроксиапатита (ГАП), осуществляемого методом совместного дезинтегрирования нано-гель-пленки ЦGX (НГП ЦGX) и пастообразного ГАП [Хрипунов А.К., et al., Композиты на основе целлюлозы и аморфных фосфатов кальция - перспективные материалы для медицины // Всерос. совещ. «Биокерамика в медицине». Москва. 21-22 ноября 2006 г. Сборник тезисов докладов. С. 55-56].

Указанный способ позволяет получать биосовместимый ПКТ в виде блока любой формы или пленочного материала. Но недостатком этого способа является малая прочность изделий при их увлажненном состоянии.

Технической задачей и положительным результатом изобретения является получение биосовместимого органо-неорганического нанокомпозита, обладающего удовлетворительными механическими свойствами во влажном состоянии.

Указанная задача и технический результат достигаются в способе получения органо-неорганического биосовместимого нанокомпозита на основе целлюлозы Gluconacetobacter xylinus и гидроксиапатита, при этом способ характеризуется тем, что получение нанокомпозита осуществляют в процессе биосинтеза нано-гель-пленки целлюлозы Gluconacetobacter xylinus штаммом N 1629 CALU с включением гидроксиапатита в питательную среду.

Биосинтез НГП ЦGX проводили, как описано ранее [1], в условиях статического культивирования на средах, содержащих глюкозу, дрожжевой экстракт с включением этанола или без него, а также ГАП и контрольные опыты без ГАП, как указано ниже в примерах. По завершении биосинтеза НГП ЦGX необходимой толщины, пленки освобождались от клеток Acetobacter xylinum кипячением в 1% водных растворах NaOH с многоразовой сменой раствора до отсутствия азота, тщательно промывались дистиллированной водой до нейтральной реакции. Указанная обработка, а также данные рентгеноструктурного анализа методам просвечивания (см. рисунок) свидетельствуют о химическом связывании органического и неорганического компонентов в нанобиокомпозите.

Примеры, показывающие сравнительные механические свойства сухих или после набухания в течение 24 часов в воде нано-гель-пленок (НТП), содержащих химически связанный гидроксиапатит (ГАП) или без него:

Пример N 1 НТП ЦGX (контроль), синтезируют по предлагаемому способу получения органо-неорганического биосовместимого нанокомпозита на основе целлюлозы Gluconacetobacter xylinus штаммом N 1629 СALU с включением ГАП в питательную среду, содержащую глюкозу, дрожжевой экстракт, этанол. НГП ЦG имеет прочность на разрыв:

в сухом состоянии σp≈325-375 МПа, удлинение εp(%)≈3.5-4.7,

после набухания в воде в течение 24 часов σp≈156-174 МПа, удлинение εp(%)≈3.0-3.6.

Пример N 2 НГП ЦGX (контроль), синтезированная в условиях Примера N 1, но без этанола, имеет прочность на разрыв: в сухом состоянии σp≈417-468 МПа, удлинение εp(%)≈21.0-25.0,

после набухания в воде в течение 24 часов σp≈168-194 МПа, удлинение εp(%)≈7.0-9.0.

Пример N 3 НГП ЦGX, синтезированная в условиях Примера N 1 с добавкой в питательную среду 5 мл 5% суспензии ГАП, имеет прочность на разрыв: в сухом состоянии σp≈210-280 МПа, удлинение εp(%)≈3.3-4.1, после набухания в воде в течение 24 часов σp≈81-89 МПа, удлинение εp(%)≈17.0-21.0.

Пример N 4 НГП ЦGX, синтезированная в условиях Примера N 2 с добавкой в питательную среду 5 мл 5% суспензии ГАП, имеет прочность на разрыв в сухом состоянии σp≈220-330 МПа, удлинение εp(%)≈2.0-3.4, после набухания в воде в течение 24 часов) σp≈141-189 МПа, удлинение εp(%)≈6.0-8.0.

Пример N 5 НГП ЦGX, синтезированная в условиях Примера N 1 с добавкой в питательную среду 10 мл 5% суспензии ГАП, имеет прочность на разрыв: в сухом состоянии σp≈210-310 МПа, удлинение εp(%)≈2.2-5.5, после набухания в воде в течение 24 часов σp≈109-133 МПа, удлинение εp(%)≈10.0.-16.0.

Пример N 6 НГП ЦGX, синтезированная в условиях Примера N 2 с добавкой в питательную среду 10 мл 5% суспензии ГАП, имеет прочность на разрыв: в сухом состоянии σp≈290-295 МПа, удлинение

εp(%)≈2.2-2.7, после набухания в воде в течение 24 часов

σp≈162-190 МПа, удлинение εp(%)≈7.0-9.0.

Синтезированный нанобиокомпозит в форме нано-гель-пленки может найти применение в качестве прекурсора костной ткани (ПКТ) или косметике в форме достаточно прочной нано-гель-пленки (после удаления клеток Acetobacter xylinum) с прочностью на разрыв как минимум в сухом состоянии σp≈210-230 МПа, удлинением εp(%)≈2.0-3.4 или в набухшем в воде в течение 24 часов состоянии σp≈81-89 МПа, с удлинением

εp(%)≈6.0-8.0.

Литература

1) Хрипунов А.К., Синяев В.А., Баклагина Ю.Г., Смыслов Р.Ю., Ткаченко А.А., Парамонов Б.А., Сазанов Ю.Н., Шустикова Е.С. Композиты на основе целлюлозы и аморфных фосфатов кальция - перспективные материалы для медицины // Всерос. совещ. «Биокерамика в медицине». Москва. 21-22 ноября 2006 г.

Сборник тезисов докладов. С. 55-56.

Хрипунов А.К., Баклагина Ю.Г, Синяев В.А., Шустикова Е.С, Парамонов Б.А., Романов Д.П., Смыслов Р.Ю., Ткаченко А.А. Исследование нанокомпозитов на основе гидратированных фосфатов кальция и целлюлозы Acetobacter xylinum // Физика и химия стекла, 2008. Т. 34. N 2. С. 192-200.

Баклагина Ю.Г., Лукашева Н.В., Хрипунов А.К., Клечковская В.В., Архарова Н. А., Романов Д.П., Толмачев Д.А. Взаимодействие между наноразмерными кристаллическими компонентами композита на основе целлюлозы Acetobacter xylinum и фосфатов кальция // Высокомол. соед. 2010. Т. 52 А. N 4. С. 615-627.

Романов Д.П., Баклагина Ю.Г., Губанова Г.Н., Уголков В.Л., Лаврентьев В.К., Ткаченко А.А., Синяев В.А., Суханова Т.Е., Хрипунов А.К. Формирование органо-неорганических композитных материалов медицинского назначения на основе целлюлозы Acetobacter xylinum и фосфатов кальция // Физика и химия стекла, 2010, т. 36, N 4, с. 604-615.

2) Wan Y.Z., Hong L., Jia S.R., Huang Y., Zhu Y., Wang Y.L., Jiang H.J. Synthesis and characterization of hydroxyapatite-bacterial cellulose nanocomposites // Comp. Sci. Technol. 2006. V.66. P. 1825-1832.

Wan Y.Z., Huang Y., Yuan C.D., Raman S., Zhu Y., Jiang H.J., He F. Gao C., Biomimetic synthesis of hydroxyapatite-bacterial cellulose nanocomposites for biomedical application // Mater. Sci. Eng. 2007. С 27. P. 855-864.

3) Северин A.B., Хрипунов А.К., Баклагина Ю.Г., Романов Д.П., Ткаченко А.А., Клечковская В.В., Архарова Н.А. Иерархия композитных наноструктур, образующихся при взаимодействии гидроксиапатита с бактериальной целлюлозой // V Международная научная конференция. Кинетика и механизм кристаллизации. Самоорганизация при фазообразовании. Иваново, Россия 2010 г., 21-24 сентября. С. 327.

4) Мусская О.Н., Кулак А.И., Крутько В.К., Лесникович Л.А., Уласевич С.А. Нанокомпозитные биоматериалы на основе ксерогеля гидроксиапатита // Тезисы докладов Первой всероссийской конференции "Золь-гель синтез и исследование неорганических соединений, гибридных функциональных материалов и дисперсных систем". Санкт-Петербург 22-24 ноября 2010 г. С. 238. // Физика и химия стекла 2011. Т. 37. N 5. С. 702-713.

Крутько В.К., Кулак А.И., Лесникович Л.А., Мусская О.Н., Трофимова И.В. Композиционные биоматериалы и покрытия на основе нанокристаллического гидроксиапатита.// Весцi нацыянальнай акадэми навук Беларусi. серия хiмiчных навук. N 4. 2008. С. 100-105.

Способ получения органо-неорганического биосовместимого нанокомпозита на основе целлюлозы Gluconacetobacter xylinus и гидроксиапатита, характеризующийся тем, что получение нанокомпозита осуществляют в процессе биосинтеза нано-гель-пленки целлюлозы Gluconacetobacter xylinus штаммом N 1629 CALU с включением гидроксиапатита в питательную среду.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии, а именно к деформационно-термической обработке покрытий титан-никель-цирконий с эффектом памяти формы, и может быть использовано в металлургии, машиностроении и медицине.

Изобретение может быть использовано в медицине и биотехнологии для микрокапсулирования антибактериальных препаратов в ниосомы. Способ получения ниосомальной формы офлоксацина путем обращенно-фазовой отгонки осуществляется следующим образом.

Изобретение может быть использовано в химии, биологии и медицине в целях визуализации и диагностики. Неорганические коллоидные полупроводниковые нанокристаллы переносят из органической в водную фазу, не смешивающуюся с органической фазой, с помощью катализатора межфазного переноса.

Изобретение относится к нанотехнологии и может быть использовано при изготовлении спазеров, плазмонных нанолазеров, при флуоресцентном анализе нуклеиновых кислот, высокочувствительном обнаружении ДНК, фотометрическом определении метиламина.

Изобретение относится к плазменному синтезу наноматериалов. Эндоэдральные фуллерены получают в водоохлаждаемой металлической герметичной камере 1 в плазме высокочастотной дуги при атмосферном давлении с использованием переменного тока.

Опорное кольцо поглощающего аппарата автосцепки выполнено из композиционного полимерного антифрикционного материала на основе полиамида, содержащего в качестве волокнистого наполнителя углеродное волокно или его смесь со стекловолокном, а также хаотично расположенные углеродные нанотрубки в виде однослойных, или многослойных с количеством слоев от 2 до 70, или вложенных друг в друга свернутых в трубку графитовых плоскостей с количеством слоев от 2 до 70.

Способ настройки термоустойчивого датчика давления на основе тонкопленочной нано- и микроэлектромеханической системы относится к области измерительной техники и предназначен для измерения давления при воздействии нестационарной температуры измеряемой среды.

Изобретение может быть использовано в производстве адсорбентов газов, катализаторов и носителей катализаторов, электродов в высокоёмких источниках тока и в топливных элементах, фильтров, материалов для хранения водорода и метана, теплоизолирующих покрытий, покрытий для защиты от электромагнитного излучения.
Изобретение относится к химической промышленности, а именно к пленкам и покрытиям, фотокаталитически активным в видимой области спектра солнечного излучения. Описано Фотокаталитическое покрытие в виде композиционного материала.

Изобретение относится к области микроструктурных технологий. Способ включает нанесение множества наноструктурных областей с гидрофобными свойствами на поверхность 2 микроканала.

Изобретение относится к трехмерному биопластическому материалу, включающему основу в виде матрицы, в качестве материала которой используют гидроколлоид гиалуроновой кислоты.

Изобретение относится к химико-фармацевтической промышленности и представляет собой способ получения микротрубок из хитозана, заключающийся в том, что готовят раствор хитозана в органической кислоте, опускают стержень в раствор хитозана в органической кислоте, отличающийся тем, что в качестве кислоты выбран 1.5% водный раствор гликолевой кислоты, причем раствор содержит хитозан в количестве 2.5-4 мас.%; стержень с нанесенным на него слоем раствора хитозана погружают в 0.1 М водный раствор додецилбензосульфата натрия и оставляют на 12 часов.
Изобретение относится к медицине, а именно к офтальмологии, и может быть использовано для введения лекарственных веществ в витреальную полость глаза. Слои импланта выполнены в виде конгруентных друг другу эллипсоидов вращения, состоящих из полимеров и/или сополимеров гликозаминогликанов, молочной кислоты и поливинилпирролидона, при этом слои, насыщенные лекарственным веществом, чередуются со слоями, не насыщенными лекарственным веществом, а растворимость каждого слоя импланта обеспечивается гидролизом поперечных сшивок и прямопропорционально зависит от их количества.

Группа изобретений относится к медицине. Описан медицинский абсорбируемый гемостатический и ранозаживляющий материал для костных ран и способ его получения.
Изобретение относится к медицине, в частности к травматологии, ортопедии, челюстно-лицевой хирургии, стоматологии и нейрохирургии. Биодеградируемый материал для замещения костной ткани содержит 50-52% мас.

Группа изобретений относится к материалу медицинского назначения и к способам его получения. Материал медицинского назначения на основе полиакриламидного гидрогеля содержит в мас.%: акриламида - 0,9-8,2, N-N′ метилен-бис-акриламида - 0,1-1,8, гиалуроновой кислоты - 0,1-2,0 и воды - до 100.

Группа изобретений относится к медицине. Описаны композиции, включающие гиалуроновую кислоту с низкой степенью модификации функциональных групп, и смеси, получаемые в результате регулируемой реакции такой слегка модифицированной гиалуроновой кислоты с подходящими дифункциональными или многофункциональными сшивающими реагентами.

Изобретение относится к набору, содержащему гемигидрат сульфата кальция, спрессованные частицы дигидрата сульфата кальция, дополнительно содержащие одно или более терапевтически, профилактически и/или диагностически активных веществ, и натрий-карбоксиметилцеллюлозу (Na-CMC) и водную среду, включая воду.

Изобретение относится к медицине. Описан способ синтеза конъюгатов гликозаминогликанов (GAG) с биологически активными молекулами различной природы, включающими низкомолекулярные соединения и макромолекулы.
Группа изобретений относится к медицине. Описан биологический материал, включающий: a) жидкий носитель, включающий вязкий раствор, содержащий, по меньшей мере, один натуральный и/или полусинтетический полисахарид и имеющий динамическую вязкость, измеренную при 20ºС и при скорости сдвига D=350 с-1, в диапазоне от 100 до 250 сантипуаз и/или кинематическую вязкость в диапазоне от 99 до 248 сантистокс (измеренную в тех же условиях); b) культуру мезенхимальных стволовых клеток аутологичного или гетерологичного типа и/или c) обогащенный тромбоцитами продукт крови.

Изобретение относится к технологии получения кристаллического кремний-замещенного гидроксилапатита (Si-ГА), который может быть использован в ортопедии и стоматологии.
Наверх